史良弟

（作者單位：四川廣播電視臺(tái)702發(fā)射傳輸臺(tái)）

保證地面數(shù)字電視接收質(zhì)量是整個(gè)地面數(shù)字電視技術(shù)體系的最終目的。在收端，對(duì)給定的任意一種調(diào)制模式后，C/N和BER均代表信號(hào)的誤碼情況。C/N的值越高，BER的特性越好。MER反映了接收機(jī)還原信號(hào)的能力。代表在BER開始下降前的信號(hào)質(zhì)量，即噪聲與干擾對(duì)BER造成影響之前，對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。當(dāng)入侵噪聲與干擾不斷增大，信號(hào)質(zhì)量下降到某個(gè)值時(shí)，符號(hào)最終會(huì)被解碼錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致BER增大。因此，應(yīng)通過(guò)計(jì)算接收機(jī)中各個(gè)環(huán)節(jié)的限制因素，并給出C/N﹑MER﹑BER較為置信的量級(jí)大小和最低應(yīng)滿足的條件基礎(chǔ)，以保證信號(hào)接收質(zhì)量。

1 分析設(shè)定

筆者主要分析C5模式（PN=420，F(xiàn)EC=O.8，Rb=21.658 Mbps）；在基于時(shí)不變穩(wěn)定信道模型，不考慮小尺度效應(yīng)所引起的擴(kuò)展特性信道；計(jì)算僅局限于單站覆蓋的固定接收；萊斯信道中存在一個(gè)主徑分量（視距傳播）及19個(gè)副徑分量（回波）；接收頻率f=862 MHz時(shí)，DTMB接收機(jī)的C/N﹑MER﹑BER在不同環(huán)節(jié)的質(zhì)量分配。

2 接收機(jī)R F和I F的CNR分析

在AWGN為恒值時(shí)，接收門限取決于接收信號(hào)電平，是能否正常接收的必要條件。在不考慮地點(diǎn)概率及接收天線隨距離高度損耗時(shí)，結(jié)合接收機(jī)原理，RF至IF信號(hào)流程圖如圖1所示。

圖1 RF至I F信號(hào)流程圖

圖1中A﹑B﹑C三點(diǎn)分別為引入基礎(chǔ)熱噪聲﹑濾波器和時(shí)頻帶寬積之后的CNR值。計(jì)算過(guò)程如下：

得到接收機(jī)最小場(chǎng)強(qiáng)（不考慮地點(diǎn)概率及，接收天線隨距離的高度損耗）為42.6 dBμv。

A點(diǎn)：基礎(chǔ)熱噪聲Em根據(jù)公式（2）得，28.5 dBμv。20徑信道自然多徑損失約1 dB，接收天線增益約7.9 dB。得A點(diǎn)C/NA= 21 dB。

B點(diǎn)：升余弦濾波器在基帶脈沖形成時(shí)會(huì)造成的有效實(shí)頻帶寬積損失。接收機(jī)信號(hào)功率修正系數(shù)1-α/4，即信號(hào)功率

根據(jù)公式

濾波器輸出

得C/Nout=14.16 dB。

C點(diǎn)：升余弦濾波器在基帶脈沖形成時(shí)造成的有效實(shí)頻帶寬積損失。根據(jù)公式：

按照香農(nóng)信道編碼定理，如果要在BW的帶寬內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)率為Rb的數(shù)據(jù)時(shí)，所需載噪比的理論值為7.5 dB。得CNRloss=0.48 dB。

3 數(shù)字基帶I（t）,Q(t)的ME R分析

MER可以表征為數(shù)字信號(hào)是否正確被還原的必要條件。但MER包含有調(diào)制損傷﹑相位噪聲等，并不是實(shí)際可用的。而最終可用的是AWGN條件下的SNR，折算就是為給出余量。根據(jù)接收機(jī)原理，接收機(jī)數(shù)字基帶信號(hào)流程如圖2所示。

A點(diǎn)：按照行標(biāo)《地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)要求和測(cè)量方法》GY/T229.4-2008中，MER最低值設(shè)置，MER=32 dB。

B點(diǎn)：TDS-OFDM信號(hào)幀用PN序列為同步碼，判斷發(fā)送PN-5本地PN相位是否對(duì)齊，采用滑動(dòng)搜索的捕捉方法。當(dāng)兩序列相位對(duì)齊必有一個(gè)最大相關(guān)峰輸出。差值濾波器采用4倍過(guò)采樣頻率30.4 MHz，

30.4 MHz＞4×7.56 MHz=30.24 MHz

相關(guān)峰損失為sin(2π/2L0)/(π/2L0)2，當(dāng)L0=4，SNRloss=0.2 dB.

圖2 接收機(jī)數(shù)字基帶信號(hào)流程圖

C點(diǎn)：若接收機(jī)本振相位噪聲滿足《地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)要求和測(cè)量方法》GY/T229.4-2008，即振蕩器3 dB帶寬B4=18 Hz，N=3780，B=8×106 Hz，相位噪聲其分散部分類似為高斯噪聲。

得SNRloss=4.67 dB。

D點(diǎn)：載頻偏差Ω引起有用信號(hào)幅度衰減和相位旋轉(zhuǎn)以及ICI（等效成噪聲），即相關(guān)函數(shù)

當(dāng)Ω=15 kHz，指頻率穩(wěn)定度，k=255，T=1/7.56μ，且進(jìn)行歸一化處理后，得SNR(D)=-4.9 dB.

E點(diǎn)：幀同步在定時(shí)誤差和載頻偏差校正后，F(xiàn)FT窗口相對(duì)理性位置的偏移量εT足夠小，近似SNRLOSS=0 dB.

F點(diǎn)：PN序列在頻域上具有不平坦特性。L=420，經(jīng)DFT除法運(yùn)算后，最小幅度DFT點(diǎn)噪聲被放大12.5倍。與頻域恒模相比，廣義PN序列噪聲功率在信道估計(jì)中被平均放大4.09倍，即6.11 dB。

G點(diǎn)：幀體3780個(gè)符號(hào)中，36個(gè)符號(hào)為系統(tǒng)信息，F(xiàn)EC凈荷數(shù)據(jù)流為3780個(gè)符號(hào)。等效為PN訓(xùn)練序列和系統(tǒng)信息帶來(lái)的有效時(shí)頻帶寬積的降低。

得：SNRloss=1.2 dB

H點(diǎn)：QAM調(diào)制器信號(hào)在高斯白噪聲信道下符號(hào)錯(cuò)誤的概率

得Ps=3.4×10-2

4 數(shù)字序列的BER分析

數(shù)字序列解碼過(guò)程的BER分析，接收機(jī)解碼過(guò)程如圖3所示。

圖3 接收機(jī)解碼過(guò)程

A點(diǎn)：解映射是將符號(hào)信息轉(zhuǎn)化成比特信息，引入BER誤碼率概念，即比較一個(gè)TS流數(shù)據(jù)包在BCH解碼前后的比特樣本來(lái)估計(jì)TS流的誤比特?cái)?shù)。對(duì)16QAM

得BER=1.7×10-3

B點(diǎn)：歐洲標(biāo)準(zhǔn)中BER=1×10-11定義為準(zhǔn)無(wú)誤碼（QEF）狀態(tài)，當(dāng)碼率為21.658 mbps時(shí)，相當(dāng)于1小時(shí)18分鐘出現(xiàn)一次不可糾正事件?？偙忍貫椋?/p>

實(shí)測(cè)用主觀評(píng)價(jià)，傳輸一套MPEG-2節(jié)目（約55 Mbps），連續(xù)觀察bos，相當(dāng)于 BER=2×10-4，即 2×10-4/3×10-6≈ bos.

在60秒內(nèi)若3個(gè)連續(xù)20秒內(nèi)若出現(xiàn)一次誤碼為失敗。

5 接收機(jī)信號(hào)質(zhì)量分析結(jié)論

第一，C/N影響覆蓋范圍，MER影響SNR的分配，BER是最終的質(zhì)量判定，三層關(guān)系中前者是后者的必要條件。

第二，C/N瑞利－C/N萊斯=3 dB.不能認(rèn)為只要提高3 dB信號(hào)電平就能滿足瑞利信道的接收。如果MER仍然是32 dB，當(dāng)快衰深度大于30 dB時(shí)，信道估計(jì)SNRLOSS＞2 dB，MER就不夠分配。

第三，因本文未對(duì)細(xì)頻偏估計(jì)后殘余頻偏是否滿足1 Hz進(jìn)行分析，因此，本文結(jié)論并不適用SFN。

第四，如果接收樣機(jī)的接收靈敏度（或C/N）更低或發(fā)射機(jī)MER實(shí)測(cè)值更優(yōu)，對(duì)接收分配更有利。